目前热电阻的引线主要有三种方式
○1二线制:在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制:这种引线方法很简单,但由于连接导线必然存在引线电阻r,r大小与导线的材质和长度的因素有关,因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合
○2三线制:在热电阻的根部的一端连接一根引线,另一端连接两根引线的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的消除引线电阻的影响,是工业过程控制中的最常用的引线电阻。
○3四线制:在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响,主要用于高精度的温度检测。
热电阻采用三线制接法。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻,其连接导线(从热电阻到中控室)也成为桥臂电阻的一部分,这一部分电阻是未知的且随环境温度变化,造成测量误差。采用三线制,将导线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。工业上一般都采用三线制接法。热电偶产生的是毫伏信号,不存在这个问题。
热电偶
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一,热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路,如两连接端温度不同,则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是:
①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。
②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。
③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。
1.热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路,如图2-1-1所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
2.热电偶的种类及结构形成
(1)热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。
标准化热电偶我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下:
①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;
②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路;
③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;
④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3.热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。 热电阻
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。
1、热电阻测温原理及材料
热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外,现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
2、热电阻的类型
1)普通型热电阻
从热电阻的测温原理可知,被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的,因此,热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。
2)铠装热电阻
铠装热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体,它的外径一般为φ2--φ8mm,最小可达φmm。与普通型热电阻相比,它有下列优点:①体积小,内部无空气隙,热惯性上,测量滞后小;②机械性能好、耐振,抗冲击;③能弯曲,便于安装④使用寿命长。
3)端面热电阻
端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比,能更正确和快速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。
4)隔爆型热电阻
隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒,把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内,生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla--B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。
Pt100:用于热电阻、热电偶、系列温度仪表、温度变送器、压力差压变送器、热流道加热器、补偿电缆、控制电缆等。
Cu50:用于热电阻, 热电阻温度计, 热电阻校验仪,热电阻模拟器-铜热电阻模拟器,铜热电阻, 铠装热电阻等。
铂金属pt100温度传感器原理及使用
pt100温度传感器
PT100铂金属温度传感器使用 铂金属pt100温度传感器原理及使用
Pt100 温度传感器是正温度系数热敏电阻传感器,Pt100 温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。 铂热电阻的线性较好,在0~100 摄氏度之间变化时,最大非线性偏差小于0.5 摄氏度,Pt100 温度传感器主要技术参数
如下:测量范围:-200℃~+850℃;
允许偏差值△℃:A 级±(0.15+0.002│t│), B 级±(0.30+0.005│t│);
最小置入深度:热电阻的最小置入深度≥200mm;
允通电流 ≤ 5mA。
PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下:
R=Ro(1+αT) 其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度
因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。 1:Vo=2.55mA ×100(1+0.00392T)=0.255+T/1000 。 2:量测Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不準。
电路分析
由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于7.2V齐纳二极体的作用,使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为6.5V,靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为
2.55mA,使得量测电压V如箭头所示为0.255+T/1000。
其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大10倍,使得运算放大器输出为2.55+T/100。
6V齐纳二极体的作用如7.2V齐纳二极体的作用,我们利用它调出2.55V,因此电压追随器的输出电压V1亦为2.55V。 其后差动放大器之输出为Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果现在室温为25℃,则输出电压为2.5V。
图1 PT100 传感器封装图 无需注册
应用领域
宽范围、高精度温度测量领域。如:
轴瓦,缸体,油管,水管,汽管,纺机,空调,热水器等狭小空间工业设备测温和控制。 汽车空调、冰箱、冷柜、饮水机、咖啡机,烘干机以及中低温干燥箱、恒温箱等。
供热/制冷管道热量计量,中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制
常用电路图
R2、 R3、R4 和Pt100 组成传感器测量电桥,为了保证电桥输出电压信号的稳定性,电桥的输入电压通过TL431 稳至2.5V。从电桥获取的差分信号通过两级运放放大后输入单片机。电桥的一个桥臂采用可调电阻R3,通过调节R3
可以调整输入到运放的差分电压信号大小,通常用于调整零点。
放大电路采用LM358 集成运算放大器,为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差,放大电路采用两级放大,如图 5.1
所示,前一级约为10
倍,后一级约为3倍。温度在0~100 度变化,当温度上升时,Pt100 阻值变大,输入放大电路的差分信号变大,放大电路的
输出电压Av 对应升高。
注意:虽然电桥部分已经经过TL431 稳压,但是整个模块的电压VCC 一定要稳定,否则随着VCC 的波动,运放LM358
的工作电压波动,输出电压Av 随之波动,最后导致A/D 转换的结果波动,测量结果上下跳变。
铂热电阻阻值与温度关系为:
式 中,A=0.00390802;B=-0.000000580;C=0.0000000000042735。可见Pt100
在常温0~100摄氏度之间变化时线性度非常好,其阻值表达式可近似简化为:RPt=100(1+At),当温度变化1 摄氏度,Pt100
阻值近似变化0.39 欧。
Pt100 的分度表(0℃~100℃)
程序处理
一般在使用PT100 的温度采集方案中,都会对放大器LM358 采集来的模拟信号AV进行温度采样,即进行A/D 转换。
A/D 处理包括两方面内容,一是A/D 值的滤波处理,二是A/D
值向实际温度转换。由于干扰或者电路噪声的存在,在采样过程当中会出现采样信号与实际信号存在偏差的现象,甚至会出
现信号的高低波动,为了减小这方面原因
造成的测量误差,在实际采样时采样18 个点,然后再除去其中偏差较大的两个点,即一个最大值和一个最小值,再对剩余的
16 个点取均值,这样得到的A/D 转换结果比较接近实际值。
在对数值进行滤波操作之后,还要将A/D 值转换为温度,常用的两种方法为查表法和公式法:查表法比较麻烦,而且精
度也不高,适合于线性化较差的NTC
温度传感器;公式法比较简单,只需要确定比例系数K 和基准偏差B 即可,适合于线性化较好的传感器
温度转换的C 语言实现过程为: fT = (ADC_data * K) – B; //换算成温度值。
得到温度后,一般还会对被控对象根据实际温度和目标温度进行实时的控制,要又要设计到控制算法,如:模糊控制、
PID 调节等。这里简
单介绍一下PID
控制原理,更多内容请察看相关书籍。
PID 工作原理
PID(Proportional Integral
Derivative)控制是控制工程中技术成熟、应用广泛的一种控制策略,经过长期的工程实践,已形成了一套完整的控制方法
和典型的结构。它不仅适用于
数学模型已知的控制系统中,而且对于大多数数学模型难以确定的工业过程也可应用,在众多工业过程控制中取得了满意的
应用效果。